单原子催化剂(SAC)由于其活性位点的最佳暴露可提高其固有活性和选择性,近年来在多相催化和电催化领域引起了广泛的关注。SACs的合成和对其行为的研究有助于阐明几个关键的催化反应的动力学和热力学。然而,理解金属单原子活性位点和载体基质之间的相互作用是发展原子分散催化剂面临的一个显著挑战。这种相互作用对于优化反应动力学和最大化催化性能至关重要。
有鉴于此,蒙彼利埃大学的Damien Voiry等人,通过总结金属单原子与载体之间的不同相互作用,分析了该领域的最新进展,介绍了表征金属与载体相互作用并识别活性位点的技术,并讨论了该领域当前的挑战和未来的发展机遇。
本文要点
1)将金属微粒从纳米级缩小到亚纳米级并最终缩小到单原子级已被证明是获得优异催化性能的有效策略。对金属原子与载体之间相互作用的基本理解的迅速发展,导致了对传统负载型金属催化认识的转变。
2)强大的金属单原子–载体相互作用可稳定原子分散的金属位点,并为调整单原子金属的电子结构及其配位环境提供了一个新的机会,以优化催化性能。因此,合成路线和表征技术至关重要。
3)回顾了当前对金属单原子与载体之间相互作用的理解,以及设计和制备高度稳定的SAC。尽管单原子催化取得了令人鼓舞的进展,但在(i)合成,(ii)催化性能的优化,(iii)阐明单原子与载体之间的相互作用以及(iv)结合理论和实验方法来更好地描述反应机理等方面仍有许多挑战有待解决。
参考文献:
Kun Qi et al. Single atom is not alone: Metal–support interactions in single-atom catalysis. Materials today, 2020.
DOI: 10.1016/j.mattod.2020.07.002
https://doi.org/10.1016/j.mattod.2020.07.002